CHƯƠNG 05 ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA

Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009

153
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 5

CHƯƠNG 05
ĐỘNGCƠKHƠNGĐỒNGBỘ3PHA



5.1.TỞNG QUAN VỀ TỪ TRƯỜNG TRONG MẠCH TỪ CỦA ĐỢNG CƠ ĐIỆN :


Mạch từ của động cơ cảm ứng hay động cơ khơng đồng bộ 3 pha gồm hai thành phần:

Stator : phần đứng n khơng quay.
Rotor: phần quay của động cơ.

Khi cho dòng điện qua các bộ dây quấn trên stator để tạo thành hệ thống đường sức từ trường
hay từ thơng trong mạch từ. Hệ thống đường sức từ trường thỏa các qui luật sau dây:

Đường sức từ trường ln có hướng và khép kín trên mạch từ .
Đường sức từ đi theo đường ngắn nhất có từ trở nhỏ nhất và tập trung mạnh nhất
trong vật liệu dẫn từ.
Một hệ thống đường sức từ khép kín được gọi là múi đường sức.
Số múi đường sức bằng với số cực từ hình thành trong động cơ


Số cực từ của động

cơ (ký hiệu là 2p), ln ln
là số chẳn. Các cực từ đối
tính ln ln xếp liên tiếp
xen kẻ nhau trong khơng
gian của rotor và stator.
Trong hình 5.1 trình bày
phân bố đường sức từ
trường dạng tổng qt.trên
mạch từ của động cơvới
các trường hợp 2p = 2 cực
và 2p = 4 cực.

BƯỚC CỰC TỪ
TỪ
THÔNG

TỪ
THÔNG

STATOR
STATOR
ROTOR ROTOR
CỰC TỪ BẮC
CỰC TỪ NAM
MÔ HÌNH 2p = 2 MÔ HÌNH 2p = 4
BẮC
BẮC
NAM NAM

HÌNH 5.1: Phân bố đường sức từ trường trong mạch từ
STATOR
DÂY QUẤN STATOR
CỰC TỪ BẮC
CỰC TỪ NAM
TỪ THÔNG
TRUNG TÍNH HÌNH HỌC

HÌNH 5.2: Phân bố đường sức từ trường trong mạch từ startor động cơ 2p = 2 cực.


Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009

154
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 5

Trong hình 5.2, ta có thể hình dung rõ ràng hơn dạng đường sức từ trường (hay từ thông)
qua mạch từ của mạch từ động cơ có 2p = 2. Từ thông tạo ra trong mạch từ là do các cuộn dây
quấn trên stator khi cho dòng điện đi qua. Quan sát hệ thống đường sức hình thành trên mạch từ
ta rút ra các nhận xét như sau:

 Tại mặt cực từ có đường sức đi hướng ra là mặt cực từ Bắc
 Tại mặt cực từ có đường sức đi hướng vào là mặt cực từ Nam.
 Đường sức từ trường tập trung mạnh nhất ngay giữa mặt cực từ.
 Đường thẳng nối liền tâm của các mặt cực từ (trong kết cấu 2p = 2) gọi là trục cực từ.
 Đường thẳng vuông góc với trục cục từ gọi là đường trung tính hình học.

5.1.1.PHÂN BỐ TỪ TRƯỜNG TRONG KHÔNG GIAN :
Muốn hiểu rõ phân bố từ thông trong khỏang khe hở không khí giữa rotor và stator, ta
có thể khai triển kết cấu trong hình 5.2 từ dạng không gian đưa về dạng khai triển trong mặt phằng
xem hình 5.3. Theo điện từ học, tại những vị trí nào đường sức tập trung dầy đặc, mật độ
đường sức từ trường phân bố tăng cao, từ cảm B có giá trị cao. Ngược lại tại các vị trí nào
ĐƯỜNG SỨC TỪ TRƯỜNG PHÂN BỐ THƯA THỚT, từ cảm B có giá trị thấp. Tương tự, tại các vị trí
không có đường sức từ đi qua, từ cảm có giá trị là B = 0 .

Tuy nhiên để phân biệt tính chất của các cực từ Bắc và Nam trên kết cấu mạch từ, ta có

thể qui ước như sau :

Tại cực Bắc qui ước giá trị B > 0 .

Tại cực Nam qui ước giá trị B < 0.



HÌNH 5.3: Phân bố từ trườngmột cặp cực từ theo vị trí không gian, dạng khai triển trên mặt phẳng.


i hc Bỏch Khoa Tp H Chớ Minh Khoa in in T Phũng Thớ Nghim Mỏy in v Thc Tp in- 2009

155
BI GING K THUT IN IN T CHNG 5

Trong hỡnh 5.3, trỡnh by th (hay ng biu din) mụ t giỏ tr tc thi ca t cm B
ti tng v trớ khụng gian trờn mt cp cc t. Tựy thuc vo s phõn b ca h thng ng sc,
giỏ tr B thay i theo tng v trớ.
Trong thit k mỏy
in, ngi ta thng tớnh
túan rng ca mi bc
cc theo khang h khụng
khớ gia rotor v stator cú
c phõn b t thụ
ng (hay
t cm) theo dng sin trong
khụng gian. Biu thc mụ t,
phõn b t cm theo dng sin
trong khụng gian c trỡnh

by theo quan h (5.1) vi v
trớ trc ta chun v phõn
b t cm dng sin trỡnh by
theo hỡnh 5.4 .



m
.x
BB.cos






(5.1)
Trong ú :
B
m
: biờn cc i ca t cm B.

: bc cc t, hay khang m rng ca mt cc t (tng ng phm vi gúc in
180
o
theo v trớ khụng gian)
x : l ta ca v trớ kho sỏt trong khụng gian.


5.1.2. T TRNG P MCH :

Theo ni dung ó phõn tớch trong mc 5.1.1,ta chỳ ý cỏc trng hp sau:

Khi cp dũng mt chiu vo dõy qun stator, phõn b t cm ti khe h khụng khớ
(gia rotor v stator ) cú dng sin trong v trớ khụng gian tng ng vi ln ca giỏ tr dũng
in c cp vqo dõy qun. iu cn nh l: phõn b t cm trong khụng gian khụng ph
thuc bin s thi gian t m ch ph thuc vo bin s v trớ x.

Khi cp dũng in xoay chiu hỡnh sin vo dõy qun stator, giỏ tr dũng tc thi hỡnh
sin thay i theo tng thi im kho sỏt (biờn dũng in bin thiờn theo bin s thi gian).
Phõn b t cm trong khụng gian cú biờn thay i theo tng thi im kho sỏt, nhng
vn phi m bo qui tc phõn b sin theo v trớ khụng gian. Gi s , biu thc tc thi ca
dũng in cú dng sau :




m
it I.sin t
(5.2)

Vỡ biờn ca t cm B cng nh t thụng t l thun vi dũng in i, nờn biờn B
m

trong (5.1) thay i theo thi gian t (ph thuc tng thi im kho sỏt) . Chỳng ta cú th vit
li biu thc phõn b t cm B theo v trớ v theo tng thi im kho sỏt nh trong (5.3).



m
.x

Bt,x B.sin t.cos






(5.3)
Túm li khi cp dũng hỡnh sin vo dõy qun stator, t trng nhn c ti khe h khụng
khớ l hm theo hai bin s x (v trớ khụng gian) v t (bin s thi gian) . Núi cỏch khỏc, phõn b t
cm ti khe h khụng khớ cú dng sin trong khụng gian v biờn bin thin theo qui lut sin i
vi thi gian . T trng phõn b theo qui lut trờn c gi l t trng p mch.


B
x
Bm
Khoỷang mụỷ roọng moọt cửùc tửứ

x
m
.x
BB.cos

HèNH 5.4: Phõn b t cm dng sin trong khụng gian


Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009

156
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 5
Để hiểu rõ hơn tính chất và ý nghĩa hình học của từ trường đập mạch, chúng ta khảo sát
hình 5.5, trong đó ta lần lượt thay đổi các thông số của quan hệ (5.3) theo từng thời điểm ; và vẽ
dạng phân bố của từ cảm B theo vị trí không gian (theo biến x). Các thời điểm khảo sát được
chọn trước và tính tóan như sau đây :


 Khi t0 ,

m
.
BB.sin .cos






0
00
(đường 1 hình 5.5)

 Khi

t


6
,
m
m
B
.x .x
B B .sin .cos .cos

  
 


  



  

62
(đường 2 hình 5.5).

 Khi
t


4
,

m
m
B
.x .x
B B .sin .cos .cos

  
 


  



  

4
2
(đường 3 hình 5.5).
 Khi
t


3
,
m
m
B
.x .x
BB.sin .cos .cos


    
 


    



    

3
32
(đường 4 hình 5.5).
 Khi
t


2
,
mm
.x .x
BB.sin .cos B.cos
    
 

    


    

2
(đường 5 hình 5.5).
 Khi t,

m
.x
BB.sin .cos


 



0
(đường 1 hình 5.5).
 Khi
t


3
2
,
mm
.x .x
BB.sin .cos B.cos
  
 

  



  
3
2
(đường 6 hình 3.5).


0 0.52 1.04 1.56 2.08 2.6 3.12 3.64 4.16 4.68 5.2 5.72 6.24 6.76
-1
-0.9
-0.8
-0.7
-0.6
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
VI TRI X

TU CAM B
HÌNH 5.5: Các đường biểu diển biên độ từ cảm B (phân bố từ trường) theo vị trí không gian, khi thời
gian thay đổi. (Hình vẽ mô tả biến đổi của phân bố từ cảm khi thời gian t biến đổi )


Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009

157
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 5
Khi khảo sát đường biểu diễn phân bố từ trường trong không gian tại nhiều thời điểm liên
tiếp, chúng ta rút ra nhận xét sau:

Tại các vị trí không gian có từ trường đạt biên độ cực đại, khi thời gian biến đổi biên
độ của các vị trí này lúc nào cũng cực đại .
Tương tự, tại các vị trí không gian từ trường đạt biên độ triệt tiêu, khi thời gian biến
đổi biên độ ở các vị trí này lúc nào cũng triệt tiêu.
Như vậy, từ trường đập mạch được xem tương đương với hiện tượng sóng dừng
của tổng hợp sóng cơ học hay giao thoa sóng cơ.
Các vị trí không gian tương ứng với biên độ từ cảm B = 0, tương ứng nút dao động
của sóng dừng, các vị trí này được gọi là trung tính của cực từ.
Các vị trí không gian tương ứng với biên độ từ cảm đạt cực đại, tương ứng bụng dao
động của sóng dừng, các vị trí này đang ở ngay chính tâm các mặt các cực từ của động cơ.

Tóm lại, trên stator động cơ, khi cho dòng điện xoay chiều đi qua dây quấn sẽ hình
thành từ trường đập mạch trong khỏang hở không khí giữa rotor và stator.

5.2.CẤU TẠO CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ (ĐỘNG CƠ CẢM ỨNG) :

Động cơ không đồng bộ (hay cảm ứng) gồm có hai thành phần chính:

STATOR: phần đứng
yên của động cơ, được tạo thành
từ nhiều lá thép kỹ thuật điện
ghép lại thành hình trụ vành khăn.
Các lá thép tạo thành stator,
được dập các rảnh phân bố đều
theo vòng tròn trong của stator.
Trong các rảnh người ta lót cách
điện trước khi lắp đặt các bộ dây
quấn vào rãnh stator. Trong hình
5.6 trình bày kết cấu lỏi thép
stator động cơ 3 pha công suất
lớn đang được làm vệ sinh rảnh
trước khi bố trí dây quấn .



Hình 5.7 trình bày một mẫu stator đang được quấn dây
và hình 5.8 trình bày bộ dây quấn hòan chỉnh. Với động cơ
không đồng bộ 3 pha, trên stator bố trí 3 bộ dây quấn độc
lập nhau tuân theo một số qui luật định trước để hình thành
từ trường quay tròn tại khe hở không khí stator và rotor.

ROTOR: là phần quay của động cơ. Với động cơ
cảm ứng, rotor thường được chế tạo theo một trong hai
dạng: rotor lồng sóc (hình 5.9 và 5.10) và rotor dây quấn
(hình 5.11 và 5.12). Với yêu cầu vận hành bình thường,
động cơ thường có dạng rotor lồng sóc, trong trường hợp
cần điều chỉnh thay đổi tốc độ động cơ ta mới động cơ

rotor dây quấn. Rotor lồng sóc gồm các thanh đồng hay
nhôm, được đúc xuyên qua các rảnh của rotor, các thanh
này được hàn nối tắt bởi hai vành ngắn mạch ở hai đầu
rotor.


HÌNH 5.6: lỏi thép stator động cơ cảm ứng 3 pha( công suất lớn )

HÌNH 5.7: Dây quấn stator


Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009

158
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 5

HÌNH 5.8: Dây quấn stator sau khi quấn hòan chỉnh.

HÌNH 5.9: Rotor lồng sóc.


Trên các vành ngắn mạch người ta
thường đức thêm các cánh khuấy để
trộn gió , giải nhiệt cho động cơ trong
quá trình vận hành. Ngòai ra chúng ta
có thể lợi dụng các cánh khuấy này
để thêm các đối trọng cân bằng động
cho rotor trong quá trình quay.


Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009

159
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 5

HÌNH 5.10: Rotor đang được gia công tiện láng bề mặt sau ghi ép trục vào rotor.

HÌNH 5.12: Rotor dây quấn công suất nhỏ với vành trượt


HÌNH 5.11: Rotor dây quấn công suất
lớn sau khi gia công quấn dây.

Với rotor dây quấn, nguời ta quấn
dây trên các rảnh rotor, dây quấn
bao gồm 3 bộ dây 3 pha độc lập
nhau (bố trí tương tự như dây
quấn trên stator. Dây quấn trên
rotor được đấu thành hình Y, tòan
bộ 3 đầu dây ra của dây quấn rotor
được nối đến 3 vành trượt bố trí
trên trục của rotor. Khi vận hành
động cơ, ta phải dùng 3 chổi than
để nối tắt 3 vành trượt này với nhau,

hay nối 3 vành trượt này đến 3 đầu
của bộ biến trở đấu Y bố trí bên ng
òai.




Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009

160
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 5


5.3.KHA
́I NIỆM VỀ TỪ TRƯỜNG QUAY TRÒN:

Để hình dung và hiểu được từ trường quay, xem hình
5.14; với thanh nam châm vĩnh cửu hình chữ U được đặt trên
trục thằng đúng. Khi chú ý đến khoảng không gian giữa hai
cực Bắc Nam của nam châm, chúng ta biểu diễn hướng của
đường sức từ trường trong không gian này bằng vector cảm
ứng từ B. Khi quay tròn đều thanh nam châm quanh trục,
vector B cũng quay tròn đều cùng chiều quay và cùng tốc độ
với trục quay.

Hình ảnh của vector B quay tròn trong không gian cho
ta hình tượng đơn giản của một từ trường quay tròn.

Muốn hình thành từ trường quay tròn trong động cơ
không đồng bộ ba pha, ta cần các điều kiện sau :

Trên stator bố trí 3 bộ dây quấn độc lập.
Ba bộ dây được lắp đặt lệch vị trí không gian từng
đôi 120
o

Cấp các dòng điện xoay chiều lệch pha thời gian
từng đôi 120
o
vào 3 bộ dây

Điều kiện bố trí lệch vị trí không gian của các bộ dây
quấn được thực hiện trong quá trình chế tạo, khi quấn dây stator. Với ba bộ dây quấn được
chế tạo giống hệt nhau về số liệu, ta xem ba bộ dây là tải 3 pha cân bằng .

Muốn tạo dòng điện hình sin lệch pha thời gian từng đôi 120
o
qua ba bộ dây, chúng ta chỉ cần
đấu 3 bộ dây theo dạng hình Y hay  ; sau đó cấp nguồn ba pha vào hệ thống dây quấn sau khi
đã được đấu nối.



HÌNH 5.14: Hình ảnh từ trường
quay tròn khi quay thanh nam
châm vĩnh cửu quanh trục đứng.



HÌNH 5.13: cấu tạo động cơ không đồng bộ 3 pha, rotor lồng sóc.

Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009

161
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 5

Áp dụng kết quả vừa khảo sát trong mục 5.2; ta có nhận xét như sau:

Từ trường tạo bởi mỗi pha dây quấn là từ trường đập mạch.
Do vị trí bố trí trong không gian và dòng điện qua các bộ dây lệch pha thời gian với
nhau, tại thời điểm khảo sát bất kỳ nếu từ trường tạo bởi một trong ba bộ dây có giá trị cực đại,
thì các từ trường hình thành trong hai bộ dây còn lại không đạt giá trị cực đại.
Từ trường tổng hợp từ ba từ trường đập mạch (tạo bởi ba bộ dây quấn) là từ
trường quay tròn.

Chúng ta khảo sát từ trường tổng hợp theo một trong hai phương pháp sau:

PHƯƠNG PHÁP 1: áp dụng phương pháp tóan học tổng hợp các từ trường đập mạch để tìm ra
biểu thức cho từ trường tổng hợp, và chứng minh từ trường tổng có dạng quay tròn. Sau đó vẽ
dạng từ trường tổng hợp khi thời gian thay đổi.

PHƯƠNG PHÁP 2: áp dụng phương pháp tổng hợp vector xác định từ trường tổng tại các thời
điểm liên tiếp.

5.3.1 PHƯƠNG PHÁP 1 : (ÁP DỤNG GIẢI TÍCH KHẢO SÁT TỪ TRƯỜNG QUAY)

Trong hình 5.15 ba bộ dây stator lệch vị trí không
gian 120
0

; các bộ dây được đấu Y và cấp nguồn áp ba
pha thứ tự thuận và dây quấn. Với hệ thống nguồn ba
pha thứ tự thuận các biểu thức tức thời của dòng điện
qua mỗi bộ dây quấn là :






Am
O
Bm
O
Cm
it I.sin(t)
it I.sin(t )
it I.sin(t )



120
240
(5.4)

Chọn trục vị trí không gian chuẩn là trục của bộ
dây AX , từ trường đập mạch tạo nên do bộ dây này
khi có dòng i
A
đi qua là:

 
Am
.x
Bt,x B.sint.cos






(5.5)

Đối với bộ dây BY,do bố trí lệch không gian so với
bộ dây AX một góc là 120
o
, đồng thời cho dòng điện i
B
đi qua, từ trường đập mạch có dạng sau:





oo
Bm
.x
Bt,x B.sin t .cos



 



120 120
(5.6)

Xét tương tự cho bộ dây CZ, ta nhận được từ trường đập mạch do bộ dây này tạo ra ( khi
cho dòng i
C
đi qua):





oo
Cm
.x
Bt,x B.sin t .cos


 



240 240
(5.7)
Gọi B là từ trường tổng hợp từ các từ trường đập mạch thành phần :

 




ABC
B t,x B t,x B t,x B t,x
(5.8)

Muốn xác định biểu thức giải tích của B ta áp dụng công thức biến đổi lượng giác cơ bản
sinp.cosq sin(p q) sin(p q)



1
2
để biến đổi các quan hệ (5.5); (5.6) và (5.7) rồi tổng hợp.


HÌNH 5.15


Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009

162
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 5

Ta có kết quả sau:


Am
.x .x
B t,x .B sin( t ) sin( t )







1
2
(5.9)



o
Bm
.x .x
B t,x .B sin( t ) sin( t )







1
240

2
(5.10)



o
Cm
.x .x
Bt,x .Bsin(t )sin(t )







1
480
2
(5.11)

Cần chú ý tính chất sau:


oo
.x .x .x
sint sint sint
  
 
   

  
 
  
240 480 0
(5.12)
Phối hợp (5.9); (5.10) và (5.11) suy ra biểu thức giải tích của từ trường tổng hợp, ta có:



m
.B
.x
Bt,x .sin t






3
2
(5.13)



Muốn nhìn thấy
được từ trường tổng
B(t,x) là từ trường
quay tròn trong không
gian, ta chọn trước

thời điểm t rồi vẽ
quan hệ B theo vị trí
x ; thực hiện lập lại với
nhiều thời điểm liên
tiếp nhau, ta sẽ thấy
được đường sin của
từ trường di chuyển
theo phương của vị
trí x.
Các thời điểm
được chọn lựa để vẽ
đường phân bố từ
trường tổng như sau:


 t0 ;
m
.B
.x
Bsin











3
2

t



6
;
m
.B
.x
Bsin










3
26



t



4
;
m
.B
.x
Bsin










3
24

t



3
;
m
.B
.x
Bsin











3
23



t


2
;
m
.B
.x
Bsin











3
22



Trong hình 5.16 trình bày dạng của từ trường tổng di chuyển theo không gian khi vẽ tại các
thời điểm liên tiếp nhau. trục hòanh biểu diển vị trí không gian tại khe hở không khí giữa stator và
rotor động cơ .

0 0.5231.0461.5692.0922.6153.1383.6614.1844.707 5.235.7536.2766.799
-1.5
-1.4
-1.3
-1.2
-1.1
-1
-0.9
-0.8
-0.7
-0.6
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0

0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
Vi tri x
g
t0
t


6
t


4
t


3

t


2

HÌNH 5.16: Đồ thị mô tả từ trường hình sin đang chuyển động


Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009

163
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 5


Ta rút ra nhận xét sau:

Từ trường tổng phân bố theo dạng sin trong không gian .

Khi thời gian thay đổi, từ trường sin này di chuyển theo hướng trục x (trên hình vẻ di
chuyển từ trái sang phải).

Tóm lại, từ trường tổng di chuyển trong không gian theo hướng trục vị trí x. Nếu trục vị trí
được uốn cong thành hình tròn (theo không gian của khe hở không khí thực sư giữa rotor và
stator) từ trường này sẽ di chuyển dọc theo chu vi trong của stator. Chuyển động này chứng
tỏ từ trường tổng hợp là dạng từ trường quay tròn bên trong động cơ.


TÓM LẠI :

Trong stator động cơ 3 pha, khi lắp đặt 3 bộ dây quấn độc lập thỏa các qui tắc: lệch vị trí

không gian 120
o
, và dòng điện qua các bộ dây này lệch pha thời gian 120
o
; ta có kết luận như sau:

 Từ trường tạo bởi mỗi bộ dây là dạng từ trường đập mạch.
 Từ trường tổng tạo bởi 3 từ trường đập mạch thành phần (từ 3 bộ dây quấn) là từ trường
quay tròn.
 Biên độ từ trường tổng bằng



3
2
lần biên độ của từ trường thành phần

5.3.2 PHƯƠNG PHÁP 2 : (TỎNG HỢP VECTOR)
Muốn khảo sát
sự hình thành từ
trường quay; dựa vào
giá trị tức thời của
dòng 3 pha qua 3 bộ
dây quấn, suy ra các
vector từ trường B tạo
bởi mỗi bộ dây tại
từng thời điểm ; sau
cùng tổng hợp các
vector từ trường B
thành phần để có

được vector từ
trường tổng tạo tại
thời điểm khảo sát.
Thực hiện lại phương
pháp trên tại vài thời
điểm liên tiếp; ta có

th
ể thấy được hình
ảnh từ trường tổng là
từ trường quay.

Trên hình 5.17, ta có đồ thị biểu diễn các dòng 3 pha tức thời qua dây quấn, chúng ta khảo
sát giá trị tức thời của các dòng điện i
A
, i
B
, i
C
tại 6 thời điểm; ta có bảng giá trị sau:

t
/6 /2 5/6 7/6 3/2 11/6
i
A

0,5 I
m
I
m

0,5 I
m
-0,5 I
m
- I
m
-0,5 I
m

i
B
- I
m
-0,5 I
m
0,5 I
m
I
m
0,5 I
m
-0,5 I
m

i
C
0,5 I
m
-0,5 I
m

- I
m
-0,5 I
m
0,5 I
m
I
m


Các giá trị từ trường đập mạch (tạo ra do các bộ dây) tỉ lệ thuận với giá trị dòng điện qua
dây quấn, dựa vào bảng giá trị tức thời của dòng điện 3 pha ta có thể biểu diễn các vector từ cảm
(đặc trưng cho từ trường) tạo ra tại từng thời điểm. Áp dụng phép tổng hợp vector suy ra vector từ
trường tổng, xem hình 5.18 và 5.19 sau đây:
t





1
6
t





2
2

t





3
5
6
t





4
7
6
t





5
3
2
t






6
11
6



HÌNH 5.17: Đồ thị dòng tức thời của nguồn 3 pha theo thời gian.


i hc Bỏch Khoa Tp H Chớ Minh Khoa in in T Phũng Thớ Nghim Mỏy in v Thc Tp in- 2009

164
BI GING K THUT IN IN T CHNG 5


HINH 5.18: Kho sỏt t trng quay ti cỏc thi im:
t





6
,
t

3
6
,
t





5
6

B
i A = 0.5I m
i B = 0,5.I m
BA
BB
BC
i C = - I m
A
B
C
BA
BC
B
BB
A

C
A
B
i A = I m
i B = - 0,5.I m
BA
BB
BC
i C = - 0,5.I m
BA
BC BB
B
C
A
B
C
A
B
C
A
B
C
i A = 0,5 I m
i C = 0,5 I m
i B = - I m
BA
BB
BC
BA
BC

BB
B
Tệỉ TRệễỉNG TONG TAẽI LUC
2


t
Tệỉ TRệễỉNG TONG TAẽI LUC
6


t
Tệỉ TRệễỉNG TONG TAẽI LUC
6
5


t
Tệỉ TRệễỉNG
TONG
Tệỉ TRệễỉNG
TONG
Tệỉ TRệễỉNG
TONG


i hc Bỏch Khoa Tp H Chớ Minh Khoa in in T Phũng Thớ Nghim Mỏy in v Thc Tp in- 2009

165
BI GING K THUT IN IN T CHNG 5

HINH 5.19: Kho sỏt t trng quay ti cỏc thi im:
t





7
6
,
t





9
6
,
t





11
6

A
B
C
A
B
C
i A = - 0,5 I m
i C = - 0,5 I m
i B = I m
BA
BB
BC
BA
BC
BB
B
B
C
i A = - 0,5I m
i B = - 0,5.I m
BA
BB
BC
BA
BC
B
i C = I m
A
B
C

A
BB
A
B
C
i A = -I m
i B = 0,5.I m
BA
BB
BC
BA
BC
BB
B
i C = 0,5.I m
A
B
C
Tệỉ TRệễỉNG TONG TAẽI LUC
6
7


t
Tệỉ TRệễỉNG TONG TAẽI LUC
2
3


t

Tệỉ TRệễỉNG TONG TAẽI LUC
6
11


t
Tệỉ TRệễỉNG
TONG
Tệỉ TRệễỉNG
TONG
Tệỉ TRệễỉNG
TONG


Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009

166
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 5

5.3.3 ĐẶC ĐIỂM CỦA TỪ TRƯỜNG QUAY :
5.3.3.1. VẬN TỐC CỦA TỪ TRƯỜNG QUAY :

Vận tốc của từ trường quay được ký hiệu là n
1
hay n
db
, còn đươc gọi là vận tốc đồng bộ.
Vận tốc này phụ thuộc :

 Tần số f của nguồn điện cấp vào dây quấn stator.

 Số đôi cực (p) của động cơ.

Với các phương pháp trình bày trong các mục 5.3.1 và 5.3.2 về phương thức hình thành từ
trường quay chúng ta rút ra các nhận xét như sau đối với máy điện chỉ có 2p = 2 cực:

Với các dòng sin 3 pha cấp vào các bộ dây quấn theo (5.4), giá trị  trong các biểu thức
của các dòng điện là tần số góc. Giá trị này quan hệ với tần số nguồn điện theo quan hệ:

.f 2 (5.14)

Với biểu thức (5.13) cho thấy từ cảm tổng hợp B là hàm điều hòa theo thời gian t, như vậy
vector đặc trưng cho từ cảm tổng hợp là vector phase quay nhận giá trị  làm vận tốc góc. Như vậy
giá trị này có quan hệ với vận tốc từ từ trường n
1
theo quan hệ sau:

.n 
1
2 (5.15)

Từ (5.14) và (5.15) ta suy ra với máy điện có 2p = 2 cực quan hệ giữa tần số nguồn điện
cung cấp với số cực 2p thỏa quan hệ sau:


fn
1
(5.16)
Nói theo cách khác, khi dòng điện sin hoàn tất một chu kỳ thì từ trường quay đã quét qua
đúng một khoảng bằng 2 cực từ của máy điện.

Từ đó suy ra với máy có 2p = 4 cực, muốn từ trường quay quét qua trọn vẹn không gian
tương ứng với 4 cực ta cần 2 chu kỳ của dòng điện hình sin cấp từ nguồn. Một cách tổng quát với
máy điện có 2p cực quan hệ giữa tần số nguồn điện với vận tốc từ trường quay thỏa quan hệ sau:

fp.n
1
(5.17)
Trong đó, p là số đôi cực từ;
fHz
  

  
và
voøng
n
s









1
. Nếu đổi đơn vị đo của vận tốc
voøng
n
phuùt







1
ta ghi lại như sau:

p.n
f 
1
60
(5.18)


5.3.3.2. CHIỀU QUAY CỦA TỪ TRƯỜNG :

Chiều quay của từ trường phụ thuộc vào thứ tự pha của dòng điện cấp vào dây quấn
stator. Khảo sát trên hình 5.18 và 5.19 ta rút ra nhận xét sau:

Hướng của vector từ trường tổng B luôn luôn cùng hướng với vector từ trường tạo bởi
bộ dây quấn nào đang cho dòng điện có giá trị cực đại (+ I
m
) hay giá trị cực tiểu (I
m
) qua nó .

Trong hình 5.18 đi dọc theo chu vi của stator ; các dòng điện qua các bộ dây có biên độ
cực đại (+ I

m
) lần lượt theo thứ tự A,B,C ; chiều của từ trường quay hình thành quét qua các bộ
dây theo thứ tự tương ứng A, B, C.

Khi hóan vị hai trong ba pha nguồn cấp vào dây quấn stator, thứ tự của hệ thống thay
đổi, nên chiều quay của từ trường sẽ đảo hướng ngược lại.





Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009

167
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 5

5.4. NGUN LÝ HOẠT ĐỢNG CỦA ĐỢNG CƠ KHƠNG ĐỜNG BỢ :
5.4.1. CÁC ĐỊNH LUẬT ĐIỆN TỪ ÁP DỤNG KHI KHẢO SÁT NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG:
Ngun tắc họat động của động cơ khơng đồng bộ được giải thích dựa trên các định luật
điện từ học cơ bản sau đây:

Định luật cảm ứng điện từ khảo sát hiện tượng hình thành sức điện động trong thanh
dẫn di chuyển cắt đường sức từ trường.

Định luật Laplace khảo sát lực điện từ tác động lên thanh dẫn đang mang dòng điện và
đặt trong từ trường.


5.4.1.1. ĐỊNH LUẬT CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ:

Trong hình 5.20,
bố trí hai thanh dẫn
song song nhau, cách
nhau khỏang cách là
 .
Đặt thanh dẫn thứ ba
vng góc với hai thanh
dẫn trên. Tòan bộ hệ
thống thanh dẫn được
đặt trong từ trường đều,
các đường sức từ có
hướng vng góc với
mặt phẳng tạo bởi các
thanh dẫn.

Tác động bằng ngọai lực để kéo thanh dẫn thứ ba này di chuyển thằng đều với vận tốc là
v . Giả sử tại thời điểm ban đầu t
1
= 0 từ thơng xun qua diện tích giới hạn bởi các thanh dẫn là

1
; sau khỏang khỏang thời gian dt, tại thời điểm t
2
= dt, thanh dẫn di chuyễn đến vị trí khác. Tại
đây ta có từ thơng xun qua tiết diện mới là 
2
.

Áp dụng cơng thức Faraday, sức điện động cảm ứng trên thanh dẫn đi động thỏa quan hệ:



B. S S
d
e
dt dt dt



  
21
21
(5.19)


B.dS dx
eB.lB.l.v
dt dt

  


(5.20)

Dấu (-) trong biểu thức (5.20) thể hiện tính đối kháng của
sức điện động sinh ra; khi vận tốc dài làm tăng từ thơng xun
qua tiết diện, sức điện động hình thành có khuynh hướng làm
giảm từ thơng xun qua tiết diện.

Hướng của sức điện động e sinh ra phụ thuộc vào hướng
của
B

và vận tốc
v

, để xác định hướng của e

ta áp dụng qui tắc
sau: (
v

, B

,e

) tạo thành tam diện thuận (hình 5.20) hoặc dùng
qui tắc bàn tay trái, xem hình 5.21.

Với qui ước này xem thanh dẫn tuơng đương với nguồn áp e hình
thành trong thanh dẫn với dấu (+) ở vị trí ngọn vector
e

và dấu ()
ở vị trí gốc vector
e

(xem hình 5.20). Một cách khác có thể xem
hướng của e hình thành trong thanh dẫn chính là hướng của dòng

cảm ứng đi qua thanh dẫn (khi mạch ở trạng thái kín).


dS
G
B
B
v
v
B
e
l
dx
Hướng của dòng điện
cảm ứng qua mạch
e
t1 = 0
t
2 = dt
B
v
e
e
e
+
-



HÌNH 5.20: Sức điện động hình thành khi di chuyển thanh dẫn trong từ trường

I
B
e

HÌNH 5.21: Qui tắc bàn tay trái
định hướng sức điện động e.


Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009

168
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 5
5.4.1.2. ĐỊNH LUẬT VỀ LỰC ĐIỆN TỪ :

Trong hình 5.22 trình bày một thanh dẫn thẳng mang
dòng điện i và được đặt trong từ trường B; theo định luật
Laplace thanh dẫn chịu tác dụng của lực điện từ F.

Trong trường hợp tổng qt, phương của dòng điện i
và phương của B hợp nhau một góc có giá trị là  , lực điện từ
F được xác định theo quan hệ sau:

F B.I.L.sin (5.21)

Trong đó L là bề dài của thanh dẫn đang mang dòng
điện I . Khi phương của dòng điện I và phương của vector từ
cảm B hợp nhau góc 90
0
; lực điện từ xác định theo quan hệ
sau:

F B.I.L (5.22)


Hướng của lực điện từ F được xác định theo qui tắc bàn tay trái (hình 5.22)

5.4.2. NGUN TẮC HỌAT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ CẢM ỨNG :
Trong hình 5.23, trình bày mơ
hình đơn giản của động cơ khơng
đồng bộ. Giả sử dây quấn trên stator
tạo ra từ trường quay tròn (vector từ
cảm tổng B quay tròn trong khơng
gian với vận tốc n
1
). Dây quấn rotor
nối tắt được mơ tả đơn giản như là
khung dây kín, trong hình 5.22 khung
dây được biểu diễn bằng các mặt cắt
của hai thanh dẫn tạo thành khung
dây.Từ trường quay tạo bởi dây
quấn stator chuyển động và qt lên
các thanh dẫn của rotor ; áp dụng
chuyển động tương đối trong cơ học
ta có thể xem: trạng thái thanh dẫn
rotor đứng n và từ trường quay
tròn (giả sử theo chiều kim đồng hồ);
tương đương với trạng thái từ
trường đứng n và thanh dẫn rotor
quay tương đối theo chiều ngược lại
(chiều quay tương đối của thanh dẫn

rotor là chiều ngược kim đồng hồ).

Tóm lại khi khảo sát theo
chuyển động tương đối, thanh dẫn
rotor quay tròn và cắt đường sức
từ trường, trên thanh dẫn hình thành
sức điện động cảm ứng e
2.
Tốc độ
quay tương đối của thanh dẫn bằng
tốc độ của từ trường quay là n
1
. Vì
rotor ngắn mạch nên sức điện
động e
2
sẽ tạo ra dòng cảm ứng i
2

trong các thanh dẫn.

Giả sử trên rotor chỉ có hai
thanh dẫn, hướng của dòng cảm ứng sinh ra trên mỗi thanh dẫn trình bày trong hình 5.24 .


I
B
F
I
B

F

HÌNH 5.22: Qui tắc bàn tay trái
định hướng lực điện từ.
B
ROTOR
đưng yên
Chiều quay của
từ trường
B
Từ trường
đứng yên
ROTOR
quay


HÌNH 5.23: Áp dụng chuyển động tương đối giải thích
ngun lý họat động của động cơ khơng đồng bộ.
+
B
v
e
2
ve2
B
F
F
B
TỪ TRƯỜNG
ĐỨNG YÊN

ROTOR
QUAY


HÌNH 5.24: Sức điện động sinh ra trong thanh dẫn rotor.


Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009

169
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 5
Khi các thanh dẫn rotor có dòng cảm ứng đi qua và các thanh dẫn này đặt trong từ trường
B, các thanh dẫn sẽ chịu tác động của lực điện từ F. Hướng của lực điện từ tác động lên các
thanh dẫn xác định theo qui tắc bàn tay trái. Các lực điện từ tác động lên các thành dẫn hình
thành ngẩu lực làm rotor quay theo hướng ngược với hướng chuyển động tương đối của các
thanh dẫn trên rotor, nói khác đi chiều quay rotor cùng chiều với chiều của từ trường qua
y
.

Nên nhớ vận tốc của rotor không thể đạt bằng vận tốc của từ trường; vì nếu hai tốc độ
quay bằng nhau lúc đó thanh dẫn rotor và từ trường xem như đứng yên khi so tương đối với
nhau. Tóm lại, vận tốc của rotor luôn luôn nhỏ hơn vận tốc của từ trường quay.

Ta có định nghĩa cho độ trượt s là vận tốc chênh lệch tương đối giữa vận tốc rotor so với
vận tốc của từ trường quay. Gọi :

 n
1
: vận tốc của từ trường quay ( hay tốc độ đồng bộ).
 n

2
: vận tốc của rotor .
 s : độ trượt của động cơ.

Trong đó ta định nghĩa độ trượt bằng quan hệ sau:


nn n
s
n
n


12 2
1
1
1
(5.23)
Hay

nn.(s)
21
1
(5.24)
THÍ DỤ 5.1:

Động cơ không đồng bộ ba pha 2p = 4 cực, được cấp nguồn xoay chiều 3 pha có tần số là
f = 50Hz. Bảng lý lịch của động cơ có ghi tốc độ định mức là 1425 vòng/phút . Xác định :
a./ Tốc độ của từ trường quay.
b./ Độ trượt của động cơ tại tải định mức.

GIẢI

TỐC ĐỘ CỦA TỪ TRƯỜNG QUAY:

Áp dụng công thức (3.15) ta suy ra tốc độ đồng bộ hay tốc độ từ trường quay:


.f .
n [voøng/phuùt]
p
  
1
60 60 50 3000
1500
22

ĐỘ TRƯỢT CỦA ĐỘNG CƠ:


 Vận tốc của từ trường quay : n
1
= 1500 vòng/phút.
 Vận tốc của rotor tại lúc tải định mức : n
2
= 1425 vòng/phút.


Độ trượt s của động cơ :

nn n
s,
nn


 
12 2
11
1425 1500 1425 75
11 005
1500 1500 1500


5.5. CÁC PHƯƠNG TRÌNH CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ:
5.5.1. PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG ÁP Ở STATOR:
Với ba bộ dây quấn stator được chế tạo cùng số liệu và hoàn toàn giống nhau, ta nói dây
quấn ba pha cân bằng. Dây quấn stator có thể đấu theo dạng Y hay  tùy theo áp hiệu dụng định
mức cho phép đặt ngang qua hai đầu mỗi pha dây quấn. Khi cấp nguồn áp 3 pha cân bằng vào
dây quấn stator, mạch điện stator là mạch 3 pha cân bằng, do đó ta chỉ khảo sát trên 1 pha tương
đương . Gọi :

 V
1
: Áp pha hiệu dụng cấp vào mỗi pha dây quấn phía stator.
 f
1
: tần số nguồn điện cấp vào dây quấn stator.

Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009

170
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 5

Tương tự như máy biến áp, dây quấn stator xem là dây quấn sơ cấp, khi cấp dòng hình
sin qua dây quấn stator mỗi pha dây quấn tạo thành từ thơng đập mạch với biên độ là
m
 . Từ
thơng này biến thiên theo thời gian nên hình thành các sức điện động cảm ứng trên mỗi pha dây
quấn . Sức điện động cảm ứng hiệu dụng trên mỗi pha dây quấn xác định theo quan hệ sau:


dq m
E,.f.N.K.
1111
444
(5.25)
Trong đó :
N
1
: tổng số vòng một pha dây quấn stator.
K
dq1
: hệ số dây quấn một pha stator, tính đến sự phân bố dây quấn trên một cặp cực từ

Trên dây quấn stator ,
chúng ta cần để ý đến các
thành phần :

Điện trở nội R
1
của
mỗi pha dây quấn .
Thành phần điện
kháng tản từ đặc trưng cho từ
thơng tản ( thành phần từ thơng
tạo nên do dây quấn stator,
khép kín mạch trên dây quấn
stator nhưng khơng móc vòng
qua rotor) . Các thành phần từ
thơng tản trong máy điện quay
gồm có từ thơng tản trong rãnh
và từ thơng tản tạp (hình 5.25).

Gọi x
t1
là thành phần điện kháng tản từ mỗi pha dây quấn stator. Phương trình cân bằng
áp viết cho một pha dây quấn phía stator được viết như sau:


t
VE (R j.X).I
 
 
11 1
11
(5.26)

Phương trình này đúng cho trường hợp động cơ vận hành ở chế độ khơng tải cũng như

khi động cơ mang tải . Khi tải trên trục động cơ thay đổi, dòng điện I
1
thay đổi giá trị tương ứng.

5.5.2. PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG ÁP Ở ROTOR:
Khi khảo sát phương trình cân bằng áp phía rotor, ta chia ra các trường hợp sau :

 Trường hợp rotor đứng n khơng quay.
 Trường hợp rotor quay.

Trong mỗi trường hợp điều quan trọng cần chú ý: sự thay đổi f
2
:

tần số dòng điện rotor và
các thơng số mạch phía rotor.

5.5.2.1. PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG ÁP ROTOR (LÚC ROTOR ĐỨNG N):

Khi rotor đứng n, từ trường quay qt qua dây quấn rotor hình thành sức điện động
cảm ứng E
2
trên mỗi pha dây quấn rotor. Sức điện động rotor này cùng tần số với sức điện động
phía stator:

dq m
E , .f .N .K . (Rotor đứng yên)
2222
444
(5.27)

f f (Rotor đứng yên)
21
(5.28)

N
2
: tổng số vòng một pha dây quấn rotor.
K
dq2
: hệ số dây quấn của một pha rotor. .

Từ thông tản rãnh stator
Từ thông tản tạp statorTừ thông chính
Từ thông tản rãnh rotor
Từ thông tản tạp rotor
STATOR
ROTOR

HÌNH 5.25: Phân bố từ thơng tản trong rãnh stator và rotor


Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009

171
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 5

Vì rotor thuộc dạng ngắn mạch, phương trình cân bằng áp mỗi pha phía rotor lúc đứng
yên có dạng sau:

t
E (R j.X ).I (Rotor ñöùng yeân)


22
22
(5.29)
Trong đó:
 R
2
: điện trở nội của mỗi pha dây quấn rotor
 X
t2
: điện kháng tản từ mỗi pha phía rotor

5.5.2.2. PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG ÁP Ở ROTOR ( LÚC ROTOR QUAY):

Khi rotor quay với tốc độ quay là n
2
trong khi từ trường quay có tốc độ là n
1
> n
2
, tốc độ
quay tương đối giữa từ trường quay và rotor là sn
1
= (n
1

– n
2
). Vì tần số dòng điện phía rotor tỉ lệ
thuận với tốc độ quét của từ trường quay lên thanh dẫn rotor ,ta có nhận xét như sau

TRẠNG THÁI TỐC ĐỘ TỪ TRƯỜNG QUAY SO VỚI ROTOR TẦN SỐ ROTOR
Rotor đứng yên
n
1
f
2
= f
1
Rotor quay
s.n
1
f
2

Tần số phía rotor lúc đang quay được xác định như sau:


s.n .f
fs.f
n

11
21
1

Tóm lại :

f s.f (Khi rotor ñang quay)
21
(5.30)

Khi tải trên trục động cơ thay đổi làm thay đổi tốc độ quay của động cơ, do đó tần số phía
rotor luôn thay đổi theo tốc độ quay của rotor. Các phần tử mạch phía rotor có liên quan đến tần
số đều thay đổi.

Điện kháng tản từ, sức điện động cảm ứng phía rotor thay đổi theo giá trị tần số f
2
khi rotor
thay đổi tốc độ quay. Gọi :

 E
2s
: sức điện động phía rotor (khi rotor quay).
 X
t2s
: điện kháng tản từ phía rotor lúc rotor đang quay.


TRẠNG THÁI SỨC ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG ROTOR ĐIỆN KHÁNG TẢN TỪ ROTOR
Rotor đứng yên
dq m
E,.f.N.k.
2122
444

tt
X.f.L
212
2
Rotor quay
Sdqm
E,.f.N.k.
2222
444

ts t
X.f.L
222
2


Suy ra:

s
E
fs.f
s
Eff
 
2
21
211

s
Es.E
22
(5.31)

Tương tự ta suy ra :


ts t
tt
X.f.L
s.f
s
X.f.Lf



222
1
2121
2
2



ts t
Xs.X
22
(5.32)

Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009

172
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 5

Phương trình cân bằng áp phía rotor (khi rotor đang quay):


s
ts 2
E (R j.X ).I (Rotor ñang quay, taàn soá f )


22
22
(5.33)

THÍ DỤ 5.2:

Với động cơ trong thí dụ 5.1, xác định tần số phía rotor khi động cơ đang tải định mức.

GIẢI
Với hệ số trượt của động cơ tại lúc mang tải định mức là s = 0,05 ; áp dụng quan hệ
(5.30) suy ra tần số phía rotor lúc tải định mức là

f s.f (Khi rotor ñang quay)
21

f, ,Hz
2
005 50 25


5.5.3. PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG DÒNG ĐIỆN :
5.5.3.1.TỐC ĐỘ TỪ TRƯỜNG QUAY STATOR VÀ TỪ TRƯỜNG QUAY ROTOR KHI ĐỘNG CƠ QUAY:

Khi bố trí trên stator dây quấn ba pha và cấp dòng điện 3 pha có tần số f
1
vào dây quấn,
từ trường quay có tốc độ quay là
f
n
p





1
1
60
. Dưới tác dụng của từ trường quay, rotor quay
theo cùng chiều với từ trường quay, tốc độ quay của rotor là n
2
= n
1

(1s ) ; tần số dòng điện
trong rotor là
fs.f
21
.
Với động cơ rotor lồng sóc (dạng rotor có dây quấn nhiều pha) ; khi có dòng cảm ứng
qua dây quấn rotor, trên rotor cũng hình thành từ trường quay tròn với vận tốc quay là n
r
. Vận
tốc của từ trường quay tạo bởi rotor tỉ lệ thuận với tần số rotor và tỉ lệ nghịch với số đôi
cực tạo bởi dây quấn trên rotor. Áp dụng quan hệ (3.15) ta suy ra tốc độ quay của từ trường quay
hình thành trên rotor.


r
r
.f .s.f f
ns.
pp p
ns.n
 

211
1
60 60 60
(5.34)

Khi rotor đang quay vói vận tốc là n
2
và mang theo từ trường quay tạo bởi rotor có

vận tốc là n
r
này , suy ra vận tốc của từ trường quay tạo bởi dây quấn rotor so tương đối với
tốc độ từ trường quay tạo bởi dây quấn stator là (n
2
+ n
r
). Suy ra:


r
r
nnn.(s)s.n
nnn
 

21 1
21
1
(5.35)
Tóm lại :

Vận tốc của từ trường quay (tạo bởi dây quấn stator) và tốc độ của từ trường quay
(tạo bởi dây quấn rotor) bằng nhau


5.5.3.2.PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG DÒNG (KHI ĐỘNG CƠ ĐANG QUAY):

Lý luận tương tự như khi khảo sát nguyên lý của máy biến áp; từ trường (hay từ thông)
quay stator được tạo bởi sức từ động stator khi có dòng 3 pha qua các pha dây quấn stator

.Khi
rotor mang tải, dòng điện qua dây quấn rotor hình thành sức từ động rotor có tínhchất đối kháng
với sức từ động stator. Hiện tượng đối kháng này sẽ cân bằng và đảm bảo sức từ động tổng luôn
luôn không đổi và bằng với sức từ động hình thành do dây quấn stator lúc không tải.



Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009

173
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 5

Gọi:
N
1
k
dq1
.I
1
: sức từ động tạo bởi một pha dây quấn stator (khi động cơ mang tải).
N
2
k
dq2
.I
2
: sức từ động tạo bởi một pha dây quấn rotor (khi mang tải).
N
1
k

dq1
.I
10
: sức từ động tạo bởi một pha dây quấn stator (khi khơng tải).

Ta có :

dq dq dq
N.K .I N.K .I N.K .I
 

12 10
11 22 11
(5.36)


5.6.MẠCH ĐIỆN TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA ĐỢNG CƠ KHƠNG ĐỜNG BỢ:

Thực hiện q
trình khảo sát tương tự
như đã thực hiện khi khảo
sát mạch tương đương
của máy biến áp. Mạch
tương đương 1 pha khi
động cơ đang quay thỏa
phương trình cân bằng áp
(5.26) và khi có chú ý
đến tổn hao lỏi thép do
dòng xóay và chu trình
từ trễ tạo ra được trình

bày trong hình 5.26.

Hình 5.27 trình bày
mạch tương đương 1 pha
của động cơ khi rotor
đứng n. Tại trạng thái
này tần số phía rotor và
stator bằng nhau. Trong
thực tế trạng thái này xãy
ra tại thời điểm động cơ
khởi động hay khi rotor
mang tải có momen tải
q lớn so với momen ra
trên trục động cơ làm
rotor bị ghìm đứng n
khơng quay.


Muốn qui đổi mạch rotor về phía stator để đơn giản đi tác động của từ trường quay lên
rotor tương tự như mạch qui đổi đã thực hiện cho máy biến áp, ta cần thực hiện 2 lượt qui đổi.


Qui đổi mạch rotor từ tần số f
2
sang tần số f
1
, (nói cách khác là qui đổi các thơng số
mạch rotor lúc đang quay thành các thơng số khác tương đương như lúc rotor đứng n).
Khi đã qui đổi mạch rotor sang tần số f
1

, chúng ta qui đổi rotor về stator.

5.6.1. QUI ĐỔI MẠCH ROTOR TỪ TẦN SỐ f
2
SANG TẦN SỐ f
1
:
Phương trình cân bằng áp phía rotor lúc đang quay ứng với tần số f
2
thỏa quan hệ (5.33).
s
ts 2
E (R j.X ).I (Rotor đang quay, tần số là f )


22
22


Thay các quan hệ (5.31) , (5.32) vào quan hệ (5.33) ta suy ra :


t
s.E (R j.s.X ).I


22
22
(5.37)


+
-
-
+
+
-
TỪ TRƯỜNG QUAY
MẠCH STATOR TẦN SỐ f
1 MẠCH ROTOR TẦN SỐ f2
V

1
I

1
E

1
s
E

2
I

2
R
1
R
2t

j.X
1
ts
j.X
2
C
R
m
j.X
I

10
C
I

m
I

ROTOR QUAY
n
s


2
0
1
HÌNH 5.26: Mạch tương đương 1 pha lúc rotor đang quay.

+
-

-
+
+
-
TỪ TRƯỜNG QUAY
MẠCH STATOR TẦN SỐ f
1 MẠCH ROTOR TẦN SỐ f1
V

1
I

1
E

1
E

2
I

2
R
1
R
2t
j.X
1
t
j.X

2
C
R
m
j.X
I

10
C
I

m
I

ROTOR ĐỨNG YÊN
n
s


2
0
1
HÌNH 5.27: Mạch tương đương 1 pha lúc rotor đứng n.


i hc Bỏch Khoa Tp H Chớ Minh Khoa in in T Phũng Thớ Nghim Mỏy in v Thc Tp in- 2009

174
BI GING K THUT IN IN T CHNG 5

Chia hai v quan h (5.37) cho s, ta c:

t
R
E( j.X).I
s


2
22
2
(5.38)


T quan h
(5.38) cho thy cỏc
thụng s mch rotor
ó c qui i v
tn s f
1
, mch in
tng ng ca
ng c lỳc ny
c trỡnh by trong
hỡnh 5.28.




5.6.2. QUI I MCH ROTOR V STATOR :

Sau khi qui i mch rotor t tn s f
2
sang tn s f
1
, mun qui i mch rotor v phớa
stator, ta cn c vo cỏc phng trỡnh cõn bng ỏp v dũng (5.25), (5.27) v (5.38).
Phng
phỏp v c s qui i thc hin tng t nh ó trỡnh by trong bi mỏy bin ỏp
.

Cn c vo cỏc biu thc sc in ng hiu dng ca mi pha dõy qun phớa stator v
rotor suy ra
t s bin i K
bd
nh sau :



dq m dq
bd
dq m dq
, .f.N.K . N.K
E
K
E , .f .N .K . N .K



11 1 1 1

1
2 122 22
444
444
(5.39)
T (5.36) suy ra :
dq
dq
N.K
I.II
N.K






22
1210
11

t :

dq
dq bd
N.K
I
I' . I
N.K K

22 2
2
2
11
(5.40)
t :

bd
E' K .E


22
(5.41)


T quan h (5.38), nhõn 2 v cho K
bd
suy ra :


ba ba t
R
K.E K.( j.X).I
s

2
22
2



ba ba t
ba
RI'
K.E K .( j.X).
sK



2
22
2
2
(5.42)

+
-
-
+
+
-
Tệỉ TRệễỉNG QUAY
MAẽCH STATOR TAN SO f

1 MAẽCH ROTOR TAN SO f1
V

1
I

1
E

1
E

2
I

2
R
1
R
S




2
t
j.X
1
t
j.X

2
C
R
m
j.X
I

10
C
I

m
I

ROTOR QUAY
n
s


2
0
1

HINH 5.28: Mch tng ng 1 pha lỳc rotor quay v tn s rotor qui v f
1



Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009

175
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 5

Đặt

'
bd
R(K).R
2
22
(5.43)


'
tbdt
X(K).X
2
22
(5.43)

Các quan hệ (5.40) và (5.42) được viết lại như sau:


'
'
t
R
EE'( j.X).I'
s




2
12 2
2
(5.43)


II' I



210
1
(5.54)




Căn cứ vào các quan
hệ (5.26) , (5.43) và (5.54) suy
ra mạch tương đương 1 pha
dạng chính xác qui đổi rotor về
stator theo hình 5.29.

5.6.3. Ý NGHĨA VẬT LÝ CỦA
R'
s




2
:
Muốn hiểu rõ ý nghĩa của thông số này chúng ta tách phần tử thành hai thành phần :


R'
s
R' .R'
ss





2
22
1
(5.55)

Trong (5.55), các thành phần phân tích mang ý nghĩa như sau :

R’
2
: điện trở dây
quấn rotor qui về stator.


s
.R '
s




2
1
: đặc
trưng cho cơ năng hữu ích
trên trục của động cơ.

Mạch tương đương hình
5.29 được vẽ lại theo hình
5.30




+
-
-
+

+
-
V

1
I

1
E

1
E'

2
I'

2
R
1
R'
S




2
t
j.X
1
t

j.X '
2
C
R
m
j.X
I

10
C
I

m
I


HÌNH 5.29: Mạch tương đương chính xác 1 pha qui đổi rotor vế stator
+
-
-
+
+
-
V

1
I

1
E


1
E'

2
I'

2
R
1
R'
2
t
j.X
1
t
j.X '
2
C
R
m
j.X
I

10
C
I

m
I


s
.R '
s




2
1

HÌNH 5.30: Mạch tương đương chính xác 1 pha qui đổi rotor vế stator


Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009

176
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 5

5.7. GIẢN ĐỜ PHÂN BỚ NĂNG LƯỢNG – HIỆU ŚT CỦA ĐỢNG CƠ:

Từ mạch điện tương đương trong hình 5.30 suy ra các thành phần cơng suất từ dòng năng
lượng cấp vào động cơ như sau:

CƠNG SUẤT ĐIỆN CUNG CẤP VÀO ĐỘNG CƠ (THƠNG QUA DÂY QUẤN STATOR):

P.V.I.cos
1111
3 (5.56)
Trong đó :

V
1
: điện áp pha cấp vào mỗi pha dây quấn stator.

I
1
: dòng qua mỗi pha dây quấn stator.

cos
1
: hệ số cơng suất mỗi pha dây quấn stator.

TỔN HAO THÉP


th C C
P.R.I
2
3
(5.57)

TỔN HAO TRÊN DÂY QUẤN STATOR (TỔN HAO ĐỒNG STATOR):


j
P.R.I
2
111
3

(5.58)

CƠNG SUẤT ĐIỆN TỪ CHUYỂN TỪ STATOR SANG ROTOR:


điện từ th j
'
điện từ
PP(PP)
rr
P . .I ' . .I
ss
 









11
22
22
22
33
(5.59)

TỔN HAO TRÊN DÂY QUẤN ROTOR (TỔN HAO ĐỒNG ROTOR):

j
P.R'.I'.R.I
22
22222
33
(5.60)

CƠNG SUẤT CƠ TRÊN TRỤC CỦA ĐỘNG CƠ (CHƯA TRỪ ĐI TỔN HAO MA SÁT CƠ QUẠT GIĨ)


cơ
ss
P.R'. .I'.R. .I
ss
 


 
 
22
2222
11
33
(5.61)

CƠNG SUẤT CƠ RA TRÊN TRỤC ĐỘNG CƠ (ĐÃTRỪ TỔN HAO MA SÁT CƠ QUẠT GIĨ)

Trong trường hợp có tính đến tổn hao ma sát cơ khí do ổ bi, quạt gió cơng suất ra thực

sự trên trục của động cơ là P
2
, ta có:


cơ ma sát cơ
PPP
2
(5.62)

CÔNG SUẤT ĐIỆN
P1
CẤP VÀO STATOR
CÔNG SUẤT CƠ RA
P2
(ĐÃ TRỪ MA SÁT CƠ)
TỔN HAO THÉP
Pth
TỔN HAO ĐỒNG STATOR
Pj1
CÔNG SUẤT ĐIỆN TỪ
Pđt
CÔNG SUẤT CƠ
Pcơ
TỔN HAO MA SÁT CƠ
Pmq
TỔN HAO ĐỒNG ROTOR
Pj2
STATOR
ROTOR

P1
Pmq
P2

HÌNH 5.31: Giản đồ phân bố năng lượng trong động cơ khơng đồng bộ.


Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009

177
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 5

Hiệu suất của động cơ khơng đồng bộ được xác định theo quan hệ sau :


th j j mq
PP
P
P(PPP P)
 

22
1
212
(5.63)

Khi khảo sát phân bố năng lượng phía rotor ta cần chú ý thêm các mối quan hệ giữa 3
thành phần cơng suất :
P
điện từ

, P
j2
và P
cơ
. Từ (5.59), (5.60) và (5.61) suy ra các quan hệ sau:


điệntừ j cơ
PPP
2
(5.64)


j điện từ
Ps.P
2
(5.65)


cơ điệntừ
P(s).P1
(5.66)

THÍ DỤ 5.3:

Cho động cơ khơng đồng bộ ba pha: 100HP có 2p = 4 cực, tần số nguồn điện cấp vào
động cơ là
f = 50Hz, tốc độ định mức 1445 vòng/phút. Cho 1HP  750W , biết tổn hao ma sát cơ
là
900 W, tổn hao thép 4200 W, tổn hao đồng stator là 2700 W ; xác định hiệu suất của động cơ,.

GIẢI
Áp dụng các quan hệ đã trình bày trong giản đồ phân bố năng lượng, lần lượt xác định
các thành phần cơng suất của động cơ tại
tải định mức là :

Cơng suất cơ hữu ích trên trục của động cơ (đã trừ đi ma sát cơ ):

P. .W
2
100 750 75 000
Cơng suất cơ :


cơ ma sát cơ
PPP . .W   
2
75 000 900 75 900


Tốc độ đồng bộ của động cơ:


f
.
n vòng / phút
p


 



1
1
60
60 50
1500
2


Độ trượt của động cơ, lúc mang tải đúng định mức:


n
s,
n


  





2
1
1445
1 1 0 03667
1500

Cơng suất điện từ chuyển từ stator sang rotor :


cơ
điệntừ
P
.
P.,W
(1-s) .
 

75 900
78 788 93
1 0 03667


Cơng suất điện cấp vào động cơ :

điệntừ j thép
PP PP . , . .
P.,W
 

11
1
78 788 93 2 700 4 200
85 688 93

Hiệu suất của động cơ :


P
.
,,%
P.,
   
2
1
75 000
0 87525 87 53
85 688 93